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EP0961383A1 - Verfahren zum Überprüfen der Kapazität in einem Insassenschutzsystem vorgesehenen Speicherkondensators sowie Prüfvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Überprüfen der Kapazität in einem Insassenschutzsystem vorgesehenen Speicherkondensators sowie Prüfvorrichtung Download PDF

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Publication number
EP0961383A1
EP0961383A1 EP98109869A EP98109869A EP0961383A1 EP 0961383 A1 EP0961383 A1 EP 0961383A1 EP 98109869 A EP98109869 A EP 98109869A EP 98109869 A EP98109869 A EP 98109869A EP 0961383 A1 EP0961383 A1 EP 0961383A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
capacitor
charging
storage capacitor
charge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98109869A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Baumgartner
Stefan Hermann
Klaus Bauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP98109869A priority Critical patent/EP0961383A1/de
Priority to KR10-1999-0019390A priority patent/KR100392920B1/ko
Priority to JP11150278A priority patent/JP2000078774A/ja
Priority to US09/323,565 priority patent/US6580279B1/en
Publication of EP0961383A1 publication Critical patent/EP0961383A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q11/00—Arrangement of monitoring devices for devices provided for in groups B60Q1/00 - B60Q9/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/64—Testing of capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices

Definitions

  • the invention relates to a method for checking the capacity a storage capacitor provided in an occupant protection system, according to the preamble of the claim 1. Furthermore, the invention relates to a test device according to the preamble of claim 6. The invention relates in particular on occupant protection systems in motor vehicles such as restraint systems, for example belt tensioner systems or airbag systems.
  • An occupant protection system of a motor vehicle must be with one Reliably trigger an accident.
  • Storage capacitors are provided, for example for the Ignition pills ensure adequate performance. Even in an emergency in the event of failure of one operated by the vehicle electrical system Power supply is ensured.
  • Such Storage capacitors can also be used as auxiliary voltage sources can be used for electronic circuits or the like.
  • To ensure the functionality of the occupant protection system it must be ensured that the capacity of the storage capacitor used in particular as an ignition capacitor is sufficient. Hence a capacity check such storage capacitors after their installation or each time the occupant protection system is switched on required.
  • DE 195 08 850 A1 describes a method for checking the Capacity of a storage capacitor according to the preamble of Claim 1 and such a method Test device of an occupant protection system according to the generic term of claim 6 known. After that, the capacity of the storage capacitor checked by that of a storage capacitor charged after switching on is disconnected from the voltage source and through a discharge circuit with a defined discharge current discharged over a certain test period or measurement period becomes. The change becomes from the discharge current and the test time the capacitor charge determined by multiplication and divided by a detected change in the capacitor voltage, so as to determine the capacity. In the event of incorrect capacity determination there is a risk that the storage capacitor to the extent that it is no longer functional is.
  • the known test device therefore contains one Protection circuit that aborts the capacity determination if the capacitor voltage falls below a minimum value. Since the Storage capacitor even at this minimum voltage value must be able to supply enough energy and with the available Power source can be charged to a higher voltage value from which it is unloaded for capacity measurement, it must be dimensioned larger than is actually necessary, which increases the space requirement of the known test device.
  • the additional circuits required, i.e. the protective circuit and the discharge circuit require additional effort and Space requirement of the test device.
  • the inspection process also requires because of charging, discharging and recharging of the storage capacitor to operating voltage a relative long time. Overall, the known method is complicated and the test device used for this is very complex and therefore expensive. The most serious disadvantage of the known capacity check is, however, that caused by the measurement Consumption of valuable stored energy.
  • the invention has for its object a method and a device for checking the capacity of one in one To provide the occupant system provided storage capacitor that a review without consumption of after Allows charging stored energy in the storage capacitor and is connected with little effort.
  • a capacity determination on the ascending Flank of the capacitor voltage curve in the charging phase carried out. This is the measured storage capacitor fully functional after capacity determination, without having to be recharged.
  • the for Determine the required charge change of the capacity Capacitor charge is not over a defined Discharge current, but determined by the (charging) charging current. This anyway during a charging phase from a charge source charging current flowing to the capacitor need not are generated separately, but will only be used during the measurement period determined to know the change in capacitor charge. If, in addition, the change made during the measurement period The capacitor voltage is determined from the quotient changes in capacitor charge and voltage the capacitance of the capacitor can be calculated.
  • the charging current is defined by a Load resistance between the charge source and limited the storage capacitor, so that the charging phase is stretched enough time to determine the capacity and cheaper current and / or voltage profiles available stand.
  • the charging current is then preferably determined via a measured voltage drop across the charging resistor.
  • the change in charge of the capacitor charge is preferred by at least approximately integrating the charging current obtained over the duration of the measurement, i.e. in case of an Tapping the charging resistor by integrating the Voltage drop over the test period and division by the resistance value of the charging resistor.
  • the capacitor voltage is determined in the charging phase it is in a preferred embodiment of the Invention also possible to monitor the charging process and, for example, determine early whether the charging path is interrupted or if or when the storage capacitor has stored sufficient energy.
  • the test device 1 shown in FIG. 1 is part of a Occupant protection system of a motor vehicle and receives Signals from one or more (not shown) in the Motor vehicle arranged crash sensors.
  • the testing device 1 is connected to an electrical system for energy supply and provided with a microprocessor, not shown, which evaluates the signals from the accident sensors and upon detection in the event of an accident, squib, not shown, for example the squib an airbag, activated.
  • squib not shown, for example the squib an airbag, activated.
  • squib can also be used ignition based on the hazardous situation with the control device 1 be connected.
  • the test device 1 is a control device, which is a voltage source 2 contains.
  • the voltage source 2 receives their Input energy from the vehicle electrical system and charges an ignition capacitor 3 connected in parallel to it specified voltage.
  • the voltage source 2 thus acts as a charge carrier source for the ignition capacitor 3.
  • the voltage source 2 can be a voltage generator that is a higher one Voltage as the vehicle electrical system voltage as charging voltage or Outputs source voltage for the ignition capacitor 3.
  • the voltage source 2 can also be a current source as a charge carrier source for charging the ignition capacitor 3 to the predetermined Serve voltage value.
  • the ignition capacitor 3 serves as a storage capacitor, which also has sufficient ignition power ensures and an emergency power supply to the occupant protection system to ignite the squib in the event of a power failure guaranteed.
  • the ignition capacitor 3 can also one by combining several in parallel or in Series of switched ignition capacitors formed storage capacitor to be available.
  • a charging resistor 4 is in series between the voltage source 2 and the ignition capacitor 3 switched.
  • the loading resistance 4 has a defined resistance value R and is a component a charging circuit for charging the ignition capacitor 3 through the voltage source, where it is the one from the Voltage source 2 to the ignition capacitor flowing charging current limited.
  • test device has a test time control device, a voltage change detector and a charge change detector.
  • the test time control device receives a control signal which indicates the start of normal operation, then initiates a test or a measurement for checking the capacitance C and ends this test after a specific test period.
  • the test time control device is time-controlled such that both the start time t start and the end time t end of the measurement lie within a charging phase of the ignition capacitor 3.
  • the start time t start is, as can be seen from the lower diagrams in FIG. 2, after the on-board electrical system has been switched on or the capacitor has started to charge, which, as is known per se, the system first carries out a self-test, the OK condition for the further process .
  • the voltage change detection device determines the voltage change ⁇ VZ of the capacitor voltage VZ between the start time t start and the end time t end of the test period, for example 1, based on current values of the capacitor voltage VZ, which are detected by measuring the potential of the line between the charging resistor 4 and the starting capacitor 3 .8 s.
  • the charge change detection device determines the charge change ⁇ Q of the capacitor charge Q between the start time t start and the end time t end of the test period.
  • the charge change detection device has a charge current detection device which determines the charge current I or a value corresponding thereto during the test period, and an integrating device for at least approximately forming an integral of the charge current I or the value corresponding to the charge current over the test period.
  • the charging current detection device determines on the basis of a potential that is measured by the voltage detection device on the line between the voltage source 2 and the charging resistor 4 and that corresponds to the source voltage EVZ available for charging the ignition capacitor 4 and corresponds to the voltage source 2 and on the line between the charging resistor 4 and the ignition capacitor 3 of the potential measured by the voltage detection device and corresponding to the capacitor voltage VZ the voltage drop across the charging resistor 4, ie the voltage applied to the charging resistor 4 (EVZ-VZ).
  • the integrating device integrates this voltage (EVZ-VZ), which is present via the charging resistor 4 and corresponds to the charging current I according to Ohm's law, over the test period. From the resulting integral and the resistance value R of the charging resistor 4, the charge change detection device determines the change ⁇ Q of the capacitor charge Q according to the equation: or more precisely according to the equation:
  • V-capacitor the upper diagram
  • EVZ the source voltage
  • control signal Si which indicates the operating state of the occupant protection system, a logic signal
  • the control signal Si After switching on, the control signal Si first emits a self-test pulse for carrying out a self-test ("watchdog” test) of various components and the software.
  • the control signal Si which is initially set to "high” is set to "low” by the software for resetting after the self-tests and then goes back to "high", which means the system is operational and indicates the start of normal operation.
  • the test or measurement for checking the capacitance C of the ignition capacitor 3 is carried out.
  • the test period is started at t start shortly after the start of normal operation and the test is carried out for the specific test period, for example for 1.8 s, until the end time t end .
  • the capacitor voltage VZ-Start is detected at the start time t start and the capacitor voltage at the end time t end in order to obtain the change ⁇ VZ.
  • ⁇ (EVZ-VZ)
  • ⁇ (EVZ-VZ)
  • V-Batt shows the voltage level of the vehicle electrical system in the embodiment shown here.
  • V source instead of the source voltage curve shown in FIG. 2 (V source) EVZ are depending on the type of voltage source used 2 or load carrier source also other courses possible.
  • the existing kinks in Fig. 2 can by certain Properties of a provided at the voltage source 2 integrated circuit, but do not have to be present be. In principle, it is also the use of a constant voltage source or another linear voltage curve conceivable for V source. By at least approximately integral formation as described in FIG. 2 fall such source voltage differences do not matter.
  • both voltages do not have to be either EVZ and VZ are measured, but it can be one Voltage from a measurement of the current through the charging resistor and be obtained from the other measured voltage.
  • a constant voltage source 12 with a constant source voltage U 0 serves as the charge carrier source.
  • the charging path which leads via a charging resistor 14 with the resistance value R 14 to a storage capacitor 13 (which can also be an ignition capacitor), can be interrupted by a switch 15, for example a switching transistor.
  • the switch 15 is arranged between the constant voltage source 12 and the charging resistor 14.
  • the capacitor voltage U c across the storage capacitor 13 and the voltage U R across the charging resistor 14 are measured in order to derive the charging current I r therefrom and to determine the capacitance C 13 of the storage capacitor 13.
  • the following equation is used as a basis for a voltage change ⁇ U c that has occurred within a measurement period or test period t:
  • the first approximation in the charging phase is: where I 0 is intended to symbolize a constant current.
  • the method according to the invention for checking capacity can be modified in many ways. For example 2 did not work with a predetermined test period but within a predetermined voltage interval ⁇ VZ of the capacitor by an initial voltage VZ-Start triggers a start of measurement and reaching one predetermined end voltage the end of a check or Measurement triggers.

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Abstract

Die Kapazität eines in einem Insassenschutzsystem eines Kfz enthaltenen Zündkondensators zum Zünden einer Zündpille wird an der aufsteigenden Flanke der Kondensatorspannung in einer Aufladephase durchgeführt. Hierzu wird die während einer Testzeitspanne durch den Speicherkondensator aufgenommene Ladungsmenge durch Messung des Ladestromes oder eines entspr. Wertes und Integrieren über der Testzeitspanne ermittelt. Die Kapazität wird durch den Quotienten des resultierenden Integrals und der in der Testzeitspanne erfolgten Spannungsänderung der Kondensatorspannung erhalten. Die Funktionsbereitschaft des Zündkondensators wird zu keiner Zeit beeinträchtigt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen der Kapazität eines in einem Insassenschutzsystem vorgesehenen Speicherkondensators, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Prüfvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Insassenschutzsysteme in Kraftfahrzeugen wie Rückhaltesysteme, zum Beispiel Gurtstrammersysteme oder Airbagsysteme.
Ein Insassenschutzsystem eines Kraftfahrzeugs muß bei einem Unfall zuverlässig auslösen. Dazu ist ein oder sind mehrere Speicherkondensatoren vorgesehen, die beispielsweise für die Zündung von Zündpillen ausreichende Leistung sicherstellen. Auch im Notfall bei Ausfall einer vom Bordnetz betriebenen Energiequelle ist die Stromversorgung sichergestellt. Solche Speicherkondensatoren können auch als Hilfsspannungsquellen für elektronische Schaltungen oder dergleichen benutzt werden. Zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit des Insassenschutzsystems muß sichergestellt sein, daß die Kapazität des insbesondere als Zündkondensator eingesetzten Speicherkondensator ausreichend ist. Daher ist eine Überprüfung der Kapazität solcher Speicherkondensatoren nach deren Einbau oder auch nach einem oder jedem Einschalten des Insassenschutzsystems erforderlich.
Aus der DE 195 08 850 A1 ist ein Verfahren zum Überprüfen der Kapazität eines Speicherkondensators nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine ein solches Verfahren ermöglichende Prüfvorrichtung eines Insassenschutzsystems nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6 bekannt. Danach wird die Kapazität des Speicherkondensators dadurch überprüft, daß der von einer Spannungsquelle nach dem Einschalten aufgeladene Speicherkondensator von der Spannungsquelle getrennt wird und durch eine Entladeschaltung mit einem definierten Entladestrom über eine bestimmte Testzeitspanne oder Meßdauer entladen wird. Aus dem Entladestrom und der Testzeit wird die Änderung der Kondensatorladung durch Multiplikation bestimmt und durch eine erfaßte Änderung der Kondensatorspannung dividiert, um so die Kapazität zu bestimmen. Bei fehlerhafter Kapazitätsbestimmung besteht die Gefahr, daß der Speicherkondensator soweit entladen wird, daß er nicht mehr funktionstüchtig ist. Die bekannte Prüfvorrichtung enthält daher eine Schutzschaltung, die die Kapazitätsbestimmung abbricht, wenn die Kondensatorspannung unter einen Mindestwert fällt. Da der Speicherkondensator auch noch bei diesem Mindestspannungswert genügend Energie liefern können muß und mit der verfügbaren Spannungsquelle auf einen höheren Spannungswert aufladbar sein muß, von dem aus er zur Kapazitätsmessung entladen wird, muß er größer dimensioniert werden als eigentlich notwendig, was den Platzbedarf der bekannten Prüfvorrichtung vergrößert. Die zusätzlich benötigten Schaltungen, also die Schutzschaltung und die Entladeschaltung, bedingen weiteren Aufwand und Platzbedarf der Prüfvorrichtung. Außerdem benötigt der Prüfvorgang wegen des Aufladens, Entladens und erneuten Aufladens des Speicherkondensators auf Betriebsspannung eine relativ lange Zeit. Insgesamt ist das bekannte Verfahren kompliziert und die dazu verwendbare Prüfvorrichtung sehr aufwendig und daher teuer. Der gravierendste Nachteil der bekannten Kapazitätsüberprüfung ist jedoch der durch die Messung bedingte Verbrauch wertvoller gespeicherter Energie.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Überprüfen der Kapazität eines in einem Insassensystem vorgesehenen Speicherkondensators zu schaffen, das bzw. die eine Überprüfung ohne Verbrauch der nach dem Aufladen in dem Speicherkondensator gespeicherten Energie zuläßt und mit geringem Aufwand verbunden ist.
Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Unteransprüche 2 bis 5 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens.
Der auf die Vorrichtung gerichtete Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 7 bis 10 angegeben.
Erfindungsgemäß wird eine Kapazitätsbestimmung an der aufsteigenden Flanke der Kondensatorspannungskurve in der Aufladephase durchgeführt. Dadurch ist der durchgemessene Speicherkondensator nach der Kapazitätsbestimmung voll funktionsbereit, ohne daß er erneut aufgeladen werden müßte. Die zum Bestimmen der Kapazität erforderliche Ladungsänderung der Kondensatorladung wird dabei nicht über einen definierten Entladestrom, sondern über den (Auf-)Ladestrom bestimmt. Dieser ohnehin während einer Aufladephase von einer Ladungsträgerquelle zu dem Kondensator fließende Ladestrom muß nicht extra erzeugt werden, sondern wird lediglich während der Meßdauer bestimmt, um die Änderung der Kondensatorladung zu kennen. Wenn zusätzlich die während der Meßdauer erfolgte Änderung der Kondensatorspannung bestimmt wird, kann aus dem Quotienten der Änderungen von Kondensatorladung und -spannung die Kapazität des Kondensators errechnet werden.
Ein ungewollt nicht rechtzeitiges Beenden der Kapazitätsmessung oder -bestimmung hat anders als bei bisher bekannten Verfahren keinen Einfluß auf die Funktionsfähigkeit des Speicherkondensators, da dieser - wie ohne Messung auch - vollständig aufgeladen wird. Die Erfindung ermöglicht eine Kapazitätsbestimmung ohne separate Entladeschaltung und Schutzschaltung. Der Speicherkondensator muß aus Gründen der Kapazitätsmessung nicht überdimensioniert werden. Insgesamt ist damit eine Prüfvorrichtung mit wenig zusätzlichem Platzbedarf und Hardwareaufwand realisierbar.
In bevorzugter Ausführung wird der Ladestrom durch einen definierten Ladewiderstand zwischen der Ladungsträgerquelle und dem Speicherkondensator begrenzt, so daß die Aufladephase gestreckt wird und zur Kapazitätsbestimmung ausreichend Zeit und günstigere Strom- und/ oder Spannungsverläufe zur Verfügung stehen. Die Bestimmung des Ladestromes erfolgt dann bevorzugt über einen gemessenen Spannungsabfall an dem Ladewiderstand. Die Ladungsänderung der Kondensatorladung wird vorzugsweise durch zumindest näherungsweise Integration des Ladestroms über die Meßdauer erhalten, d.h. im Falle eines Spannungsabgriff an dem Ladewiderstand durch Integration des Spannungsabfalls über der Testzeitspanne und Division durch den Widerstandswert des Ladewiderstandes.
Durch eine zum Feststellen der Spannungsänderung der Kondensatorspannung erfolgende Bestimmung der Kondensatorspannung in der Aufladephase ist es in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung außerdem noch möglich, den Aufladevorgang zu überwachen und zum Beispiel frühzeitig festzustellen, ob der Aufladepfad unterbrochen ist oder ob oder wann der Speicherkondensator eine ausreichende Energie gespeichert hat.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1
zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Prüfvorrichtung für ein Insassenschutzsystem gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2
zeigt eine Darstellung von Spannungsverläufen bei einem Einschalten der Prüfvorrichtung nach Fig. 1, und
Fig. 3
zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines in einer Prüfvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform verwendeten separaten Ladekreises für einen Speicherkondensator.
Die in Fig. 1 gezeigte Prüfvorrichtung 1 ist Bestandteil eines Insassenschutzsystems eines Kraftfahrzeuges und empfängt Signale von einem oder mehreren (nicht dargestellten) im Kraftfahrzeug angeordneten Unfallsensoren. Die Prüfvorrichtung 1 ist mit einem Bordnetz zur Energieversorgung verbunden und mit einem nicht dargestellten Mikroprozessor versehen, der die Signale der Unfallsensoren auswertet und bei Erfassung eines Unfalls eine mit der Prüfvorrichtung 1 verbundene, nicht dargestellte Zündpille, beispielsweise die Zündpille eines Airbags, aktiviert. Auch mehrere Zündpillen können zur gefahrensituationsbedingten Zündung mit der Steuervorrichtung 1 verbunden sein.
Die Prüfvorrichtung 1 ist ein Steuergerät, das eine Spannungsquelle 2 enthält. Die Spannungsquelle 2 bezieht ihre Eingangsenergie aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs und lädt einen parallel zu ihr geschalteten Zündkondensator 3 auf eine vorgegebene Spannung auf. Die Spannungsquelle 2 wirkt damit als Ladungsträgerquelle für den Zündkondensator 3. Die Spannungsquelle 2 kann ein Spannungsgenerator sein, der eine höhere Spannung als die Bordnetzspannung als Ladespannung oder Quellenspannung für den Zündkondensator 3 ausgibt. Anstelle der Spannungsquelle 2 kann auch eine Stromquelle als Ladungsträgerquelle zum Aufladen des Zündkondensators 3 auf den vorgegebenen Spannungswert dienen. Der Zündkondensator 3 dient als Speicherkondensator, der auch eine ausreichende Zündleistung sicherstellt und eine Notstromversorgung des Insassenschutzsystems zum Zünden der Zündpille bei Ausfall des Bordnetzes gewährleistet. Anstelle des Zündkondensators 3 kann auch ein durch eine Kombination mehrerer parallel oder in Reihe geschalteter Zündkondensatoren gebildeter Speicherkondensator vorhanden sein.
Ein Ladewiderstand 4 ist in Reihe zwischen die Spannungsquelle 2 und den Zündkondensator 3 geschaltet. Der Ladewiderstand 4 besitzt einen definierten Widerstandswert R und ist Bestandteil eines Ladeschaltkreises zum Aufladen des Zündkondensators 3 durch die Spannungsquelle, wo er den von der Spannungsquelle 2 zu dem Zündkondensator fließenden Ladestrom begrenzt.
Das Überprüfen der Kapazität (des Kapazitätswerts) C des Zündkondensators 3 erfolgt durch Strom- bzw. Spannungsmessing und mittels im Mikroprozessor der Prüfvorrichtung 1 abgelegter Software. Insgesamt weist die Prüfvorrichtung eine Testzeitsteuereinrichtung, eine Spannungsänderungserfassungseinrichtung und eine Ladungsänderungserfassungseinrichtung auf.
Die Testzeitsteuerungseinrichtung empfängt nach dem Einschalten des Bordnetzes ein Steuersignal, das den Beginn eines Normalbetriebes anzeigt, leitet daraufhin einen Test bzw. eine Messung zum Überprüfen der Kapazität C ein und beendet diesen Test nach einer bestimmten Testzeitspanne. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Testzeitsteuerungseinrichtung so zeitgesteuert, daß sowohl der Anfangszeitpunkt tstart als auch der Endzeitpunkt tend der Messung innerhalb einer Aufladephase des Zündkondensators 3 liegen. Der Anfangszeitpunkt tstart liegt, wie aus den unteren Diagrammen der Fig. 2 ersichtlich, nach dem Einschalten des Bordnetzes bzw. Ladebeginn des Kondensators, das das System, wie an sich bekannt, zunächst einen Selbsttest durchführt, dessen i.O. Voraussetzung für den weiteren Ablauf ist.
Die Spannungsänderungserfassungseinrichtung ermittelt aufgrund momentaner Werte der Kondensatorspannung VZ, die durch Messung des Potentials der Leitung zwischen dem Ladewiderstand 4 und dem Zündkondensator 3 erfaßt werden, die Spannungsänderung ΔVZ der Kondensatorspannung VZ zwischen dem Anfangszeitpunkt tstart und dem Endzeitpunkt tend der Testzeitdauer, die beispielsweise 1,8 s beträgt.
Die Ladungsänderungserfassungseinrichtung bestimmt die Ladungsänderung ΔQ der Kondensatorladung Q zwischen dem Anfangszeitpunkt tstart und Endzeitpunkt tend der Testzeitspanne. Hierzu weist die Ladungsänderungserfassungseinrichtung eine Ladestromerfassungseinrichtung, die den Ladestrom I oder einen diesem entsprechenden Wert während der Testzeitspanne bestimmt, und eine Integriereinrichtung zum zumindest näherungsweisen Bilden eines Integrals des Ladestroms I oder des dem Ladestrom entsprechenden Werts über der Testzeitspanne auf. Die Ladestromerfassungseinrichtung ermittelt aufgrund eines Potentials, das auf der Leitung zwischen der Spannungsquelle 2 und dem Ladewiderstand 4 durch die Spannungserfassungseinrichtung gemessen wird und der zum Aufladen des Zündkondensators 4 zur Verfügung stehenden Quellenspannung EVZ der Spannungsquelle 2 entspricht, und aufgrund des auf der Leitung zwischen dem Ladewiderstand 4 und dem Zündkondensator 3 von der Spannungserfassungseinrichtung gemessenen, der Kondensatorspannung VZ entsprechenden Potentials den Spannungsabfall am Ladewiderstand 4, d.h. die an dem Ladewiderstand 4 anliegende Spannung (EVZ-VZ). Die Integriereinrichtung integriert diese über den Ladewiderstand 4 anliegende, nach dem Ohm'schen Gesetz dem Ladestrom I entsprechende Spannung (EVZ-VZ) über die Testzeitspanne. Aus dem resultierenden Integral und dem Widerstandswert R des Ladewiderstandes 4 ermittelt die Ladungsänderungserfassungseinrichtung die Änderung ΔQ der Kondensatorladung Q nach der Gleichung:
Figure 00080001
oder genauer nach der Gleichung:
Figure 00080002
Die Prüfvorrichtung ermittelt aus der Änderung ΔQ der Kondensatorladung und der Änderung ΔVZ der Kondensatorspannung die Kapazität des Zündkondensators 3 nach der Gleichung: C = ΔQ / ΔVZ
In Fig. 2 sind im oberen Diagramm die Verläufe der Kondensatorspannung VZ (mit "V-Kondensator" bezeichnet) am Zündkondensator 3 und der Quellenspannung EVZ (mit "V-Quelle" bezeichnet) bei einem Aufladevorgang nach einem Einschalten des Insassenschutzsystems dargestellt, wobei auf der Abzisse die Zeit t und auf der Ordinate die jeweilige Spannung V angegeben ist.
In dem unteren Diagramm von Fig. 2 ist, wie bereits erwähnt, der Verlauf eines den Betriebszustand des Insassenschutzsystems anzeigenden Steuersignals Si, eines Logiksignals, angegeben. Nach dem Einschalten wird durch das Steuersignal Si zunächst ein Selbsttestimpuls zum Durchführen eines Selbsttests ("Watchdog"-Test) verschiedener Komponenten und der Software abgegeben. Das zunächst auf "High" gesetzte Steuersignal Si wird zum Rücksetzen nach den Selbsttests durch die Software auf "Low" gesetzt und geht dann wieder auf "High", was Betriebstüchtigkeit des Systems bedeutet und das Starten eines Normalbetriebes anzeigt. Nach während der Zündkondensator 3 aufgeladen wird, wird der Test bzw. die Messung zum Überprüfen der Kapazität C des Zündkondensators 3 durchgeführt. Dazu wird kurz nach dem Beginn des Normalbetriebes die Testzeitspanne bei tstart gestartet und der Test wird für die bestimmte Testzeitspanne, z.B. für 1,8 s, bis zum Endzeitpunkt tend durchgeführt. Dabei wird die Kondensatorspannung VZ-Start zum Anfangszeitpunkt tstart und die Kondensatorspannung zum Endzeitpunkt tend erfaßt, um die Änderung ΔVZ zu erhalten. Durch Bilden von Σ(EVZ-VZ), der Aufsummation des durch Spannungsabgriff am Ladewiderstand 4 erfaßten Spannungsabfalls, der der Differenz der Kondensatorspannung VZ von der Quellenspannung EVZ entspricht, über konstante kleine Teilzeitbereiche der Zeitspanne, wird ein Wert erhalten, der dem Integral des Ladestromes I über der Testzeitspanne multipliziert mit dem Widerstandswert R näherungsweise entspricht und zur Bestimmung der während der Testzeit durch den Zündkondensator 3 aufgenommenen Ladung ΔQ herangezogen werden kann. V-Batt zeigt das Spannungsniveau des Bordnetzes bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an.
Anstatt des in Fig. 2 gezeigten Verlaufes der Quellenspannung (V-Quelle) EVZ sind je nach Art der eingesetzten Spannungsquelle 2 oder Ladungsträgerquelle auch andere Verläufe möglich. Die in Fig. 2 vorhandenen Knickstellen können durch bestimmte Eigenschaften einer bei der Spannungsquelle 2 vorgesehenen integrierten Schaltung sein, müssen aber nicht vorhanden sein. Es ist im Prinzip auch der Einsatz einer Konstantspannungsquelle oder ein sonstiger linearer Spannungsverlauf für V-Quelle denkbar. Durch die zumindest näherungsweise wie bei Fig. 2 beschriebene Integralbildung fallen solche Quellenspannungsverlaufunterschiede nicht ins Gewicht. Je nach eingesetzter Meßtechnik müssen auch nicht beide Spannungen EVZ und VZ gemessen werden, sondern es kann die eine Spannung aus einer Messung des Stromes durch den Ladewiderstand und aus der anderen, gemessenen Spannung erhalten werden.
Sind anstatt des Zündkondensators 3 mehrere parallel und/oder in Reihe geschalteten Kondensatoren zu einem Speicherkondensator kombiniert, so kann vorgesehen sein, daß die Prüfvorrichtung anlog zu der beschriebenen Weise zum Prüfen der Gesamtkapazität oder zum Prüfen der Kapazität jedes einzelnen Kondensators geeignet ist. Alternativ kann für jeden in einem Insassenschutzsystem vorhandenen Speicherkondensator ein separater Ladekreis und eine separate Prüfeinrichtung vorhanden sein.
In Fig. 3 ist ein Beispiel für einen eine solche Schaltung ermöglichenden Ladekreis 10 gezeigt. Als Ladungsträgerquelle dient dabei eine Konstantspannungsquelle 12 mit einer konstanten Quellenspannung U0. Der Aufladepfad, der über einen Ladewiderstand 14 mit dem Widerstandswert R14 zu einem Speicherkondensator 13 (der ebenfalls ein Zündkondensator sein kann) führt, ist durch einen Schalter 15, zum Beispiel einem Schalttransistor, unterbrechbar. Der Schalter 15 ist in dem dargestellten Beispiel zwischen der Konstantspannungsquelle 12 und dem Ladewiderstand 14 angeordnet. Während eines durch Schließen des Schalters 15 eingeleiteten Aufladevorgangs wird die über dem Speicherkondensator 13 anliegende Kondensatorspannung Uc und die über dem Ladewiderstand 14 anliegende Spannung UR gemessen, um daraus den Ladestrom Ir abzuleiten und die Kapazität C13 des Speicherkondensators 13 zu bestimmen. Dabei wird die folgende Gleichung für einen innerhalb einer Meßdauer oder Testzeitspanne t erfolgte Spannungsänderung ΔUc zugrunde gelegt:
Figure 00100001
Aus (3) folgt für die Kapazität:
Figure 00110001
In der Aufladephase gilt in erster Näherung:
Figure 00110002
wobei I0 einen konstanten Strom symbolisieren soll.
Aus (5) folgt für die Spannungsänderung ΔUc der Kondensatorspannung Uc:
Figure 00110003
woraus sich dann näherungsweise die Kapazität durch
Figure 00110004
bestimmen läßt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kapazitätsüberprüfung kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Beispielsweise kann gemäß Fig. 2 nicht mit vorbestimmter Testzeitspanne gearbeitet werden, sondern innerhalb eines vorbestimmten Spannungsintervalls ΔVZ des Kondensators, indem eine Anfangsspannung VZ-Start einen Meßbeginn triggert und das Erreichen einer vorbestimmten Endspannung das Ende einer Überprüfung bzw. Messung auslöst.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Überprüfen der Kapazität eines in einem Insassenschutzsystem vorgesehenen Speicherkondensators (3; 13), insbesondere eine Zündkondensators (3) zum Zünden einer Zündpille des Insassenschutzsystems, durch Bestimmen des Quotienten aus einer Ladungsänderung des Speicherkondensators und einer zugehörigen Spannungsänderung des Speicherkondensators, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Kapazität innerhalb einer Aufladephase des Speicherkondensators (3; 13) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsänderung durch zumindest näherungsweises Integrieren des Ladestroms während einer innerhalb der Aufladephase liegenden Testzeitspanne bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladestrom aus dem Spannungsabfall an einem zwischen eine Ladungsträgerquelle (2; 12) und den Speicherkondensator (3; 13) geschalteten Ladewiderstand (4; 14) und dem Widerstandswert des Ladewiderstands ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Speicherkondensators (3; 13) an dessen mit dem Ladewiderstand (4; 14) verbundenen Anschluß gemessen wird und die Kondensatorspannung zum Erfassen des Spannungsabfalls an dem Ladewiderstand, zur Bestimmung der Spannungsänderung der Kondensatorspannung, zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit des Speicherkondensators und/oder zur Überprüfung des Erfolgs des Aufladevorgangs verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (C) des Speicherkondensators (3) erhalten wird über die Formel C = ΔQ/ΔVZ mit
    Figure 00140001
    wobei C die zu bestimmende Kapazität, ΔQ die Ladungsänderung zwischen Beginn (tstart) und Ende (tend) der Testzeitspanne, ΔVZ die durch Bilden der Differenz der Kondensatorspannungen zwischen Beginn (tstart) und Ende (tend) der Testzeitspanne gebildete Spannungsänderung der Kondensatorspannung (VZ), I der Ladestrom, R der Widerstandswert des Ladewiderstandes (4) und (EVZ - VZ) der Spannungsabfall über dem Ladewiderstand ist.
  6. Prüfvorrichtung für einen in einem Insassenschutzsystem enthaltenden Speicherkondensator (3; 13), insbesondere Zündkondensator (3) zum Zünden einer Zündpille, mit
    einer Ladungsträgerquelle (2; 12) zum Aufladen des Speicherkondensators und
    einer Meßeinrichtung zum Bestimmen der Kapazität des Speicherkondensators, die eine Spannungsänderungserfassungseinrichtung zum Bestimmen einer Spannungsänderung der Kondensatorspannung und eine Ladungsänderungserfassungseinrichtung zum Bestimmen einer Ladungsänderung der Kondensatorladung während der Spannungsänderung aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Meßeinrichtung eine Steuereinrichtung enthält, die während einer Aufladung des Speicherkondensators (3; 13) mittels der Ladungsträgerquelle (2; 12) eine Messung einer Spannungsänderung und der zugehörigen Ladungsänderung des Speicherkondensators auslöst.
  7. Prüfvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die Messung während einer vorbestimmten Testzeitspanne auslöst.
  8. Prüfvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsänderungserfassungseinrichtung eine Integriereinrichtung zum zumindest näherungsweise Integrieren eines dem Ladestrom des Speicherkondensators entsprechenden Wertes für die Meßzeitdauer aufweist.
  9. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Ladungsträgerquelle (2; 12) und den Speicherkondensator (3; 13) ein Ladewiderstand (4; 14) geschaltet ist und die Spannungsänderungserfassungeinrichtung die Kondensatorspannung an einem mit dem Ladewiderstand verbundenen Anschluß des Speicherkondensators erfaßt.
  10. Prüfvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsänderungserfassungeinrichtung eine Quellenspannung an einem mit dem Ladewiderstand (4) verbundenen Ausgang der Ladungsträgerquelle (2) bestimmt, und die Ladungsänderungserfassungseinrichtung den Ladestrom aus dem Widerstandswert des Ladewiderstandes (4) und aus der Differenz zwischen der Quellenspannung und der Kondensatorspannung bestimmt.
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